基于THB6064H的步進電機閉環控制電路設計

摘要：提出基于大電流步進電機驅動芯片THB6064H的步進電機閉環控制系統的電路設計方案。整個控制系統主要包括基于THB6064H的驅動電路部分、基于單片機的控制電路部分和基于增量式旋轉編碼器的反饋環節。將控制器與驅動器做成一體化，實現對步進電機的閉環控制，使控制精度大大提高。
關鍵詞：THB6064H；步進電機；閉環

引言
步進電機是將電脈沖信號轉換成角位移或線位移的一種裝置。它產生的位移與輸入脈沖數嚴格成正比，平均轉速與輸入脈沖的頻率成正比，具有結構簡單、可靠性高和成本低的特點。由于步進電機沒有積累誤差，容易實現較高精度的位移和速度控制，被廣泛用于精確控制領域。由步進電機與驅動電路組成的開環數控系統簡單并且價格低廉，但有時存在振蕩和失步現象，故在復雜電磁環境下或是對精度要求較高的場合下，必須加入反饋電路組成高性能的閉環數控系統。本文采用旋轉編碼器作為反饋器件對步進電機實行閉環控制。

1 THB6064H簡介
THB6064H是在東芝公司2009年主推的TB6560AHQ的基礎上開發的一款PWM斬波型兩相步進電機驅動芯片。該芯片配合簡單的外圍電路即可設計出高性能、多細分、大電流的驅動電路，在低成本、低振動、低噪聲、高速度的設計中應用效果較佳。其主要參數和性能指標有：雙全橋MOSFET驅動，低導通電阻Ron=0．4Ω(上橋+下橋)，高耐壓50 V DC，大電流4．5 A(峰值)；多種細分可選(1／2、1／8、1／10、1／16、1／20、1／32、1／40、1／64)，自動半流鎖定功能，衰減方式連續可調；內置高溫保護及過流保護，當溫度高于170℃時自動斷開所有輸出；封裝形式為HZIP25-P-1．27封裝。

2 控制原理
本文的步進電機閉環控制方法采用核步法。核步法的控制思想是從簡化控制系統出發，利用核步計數器對系統位置進行跟蹤監視，即時發出反饋控制信號，從而完成對位置的控制。其基本原理如圖1所示。單片機接收來自上位機的時序脈沖信號和方向信號，經驅動放大后送往步進電機來控制步進電機工作；步進電機帶動編碼器同軸旋轉，由編碼器檢測轉角度，并以脈沖的形式反饋到單片機進行核步計數；單片機根據脈沖反饋當量值與給定值進行比較，按照核步算法發出控制指令。如果發生丟步，單片機就會根據差值繼續發送脈沖，把丟掉的步數補上，從而完成步進電機轉動位置的閉環控制。